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1、毕业设计（论文）题 目 黄土湾水电站水能计算及引水隧洞设计 专 业 水利水电工程 班 级 学 生 指导教师 2 0 11 年 摘要黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站，电站装机22.5MW电站厂址距玉门市昌马乡政府约22km，距玉门镇约91km，枢纽距上游青羊沟水电站厂房约4km。枢纽采用一条引水隧洞，作为发电引水建筑物。引水系统的进水口长30m，其后的引水隧洞总长度为1366m，隧洞直径4.5m，引水隧洞末端设置调压井，直径13m，高度41m，其后接直径4.0m、长177m,洞泾4.0m的主压力管道，主压力管道设垂
2、直弯道，采用内衬钢管外包钢筋砼衬砌。设计内容包括枢纽的水能计算，引水隧洞设计，调压室设计，压力管道设计，水锤计算及其他辅助设施计算。关键词：黄土湾水电站 水能计算 引水隧洞 压力管道 AbstractHuangtuwan Hydropower Station of loess is the development of the Shules third station, located in Subei Mongolian Autonomous County of Jiuquan City, the red fish rural territory, as a regulation-free
3、water in the hydropower dam and power station installed capacity of 22.5MW power plant site from Yumen Chang Ma Xiangzheng government about 22km, from the town of Yumen about 91km, hub upstream from the hydropower plant, Qingyang ditch about 4km. Hub with a diversion tunnel, diversion structures as
4、power generation. Water intake system, long 30m, followed by the total length of the diversion tunnel is 1366m, tunnel diameter of 4.5m, water diversion tunnel at the end set the surge tank, diameter 13m, height 37m, then take the diameter 4.0m, length 177m, Dong . 4.0 m of the main pressure pipe, t
5、urn the main pressure pipe set vertically, the use of outsourcing of reinforced concrete lined steel pipe lining. Designs include the hub of energy calculation, diversion tunnel design, surge tank design, pressure piping design, water hammer and other ancillary facilities calculations. 目录前 言11 综合说明3
6、1.1 工程概况31.2 设计依据52 水文62.1 流域概况62.2 气象72.3 洪水72.3.1洪水特性72.3.2历史洪水及重现期的确定82.3.3水文资料82.3.4施工洪水93工程地质和建筑材料103.1 工程地质103.1.1 区域地质构造103.1.2 水库区工程地质条件113.2天然建筑材料113.2.1混凝土砂砾料113.2.2土料123.2.3块石料123.3地震烈度124 工程布置124.1 设计依据134.1.1 工程等级及建筑物级别134.1.2 设计基本资料134.2 工程总体布置144.2.1 泄水建筑物144.2.2 挡水建筑物154.2.3引水系统建筑物15
7、4.2.5坝基处理与防渗、排水设计185.水能计算185.1基本资料185.2年径流量及分配195.3保证出力计算205.3.1日平均流量次数统计265.3.2日平均流量和保证出力推求275.4装机容量的确定295.4.1最大工作容量295.4.2负荷备用容量295.4.3事故备用容量295.4.4检修备用容量305.4.5重复容量305.4.6装机容量及装机选取316.水电站引水系统设计316.1综述316.2 设计依据文件和规范316.2.1 有关本工程的文件326.2.2 主要设计规范326.2.3 主要参考资料336.3 设计基本资料336.3.1 工程等别与建筑物级别336.3.2
8、地震烈度336.3.3 洪水标准336.3.4 取水口水位流量及泥沙含量336.3.5 气温346.3.6 风速、风向346.3.7 冻土情况346.3.8 年降雨量346.3.9 地质资料346.4. 隧洞洞径及洞线选择356.4.1.有压引水隧洞洞径计算356.4.2洞线选择原则366.4.3 进水口设计366.4.3.1进水口型式的选择366.4.3.2进水口高程确定376.4.3.3进水口尺寸的拟定386.4.3.4进口设备396.5 引水隧洞406.5.1 线路与坡度的确定406.5.2 断面形式与断面尺寸416.5.3 洞身衬砌416.6 调压室设计426.6.1 是否设置调压室判
9、断426.6.2 调压室位置的选择436.6.3 调压室的布置方式与型式的选择446.6.4调压室的水力计算446.7调节保证及水锤计算476.7.1调保计算目的476.7.2调节保证计算的内容476.7.3水锤计算486.8压力管道设计506.8.1 压力管道的布置506.8.2 压力管道直径的选择506.8.3 压力管道的结构设计506.8.4 压力钢管构造设计516.8.4.1止水环排水孔516.8.4.2灌浆孔526.8.4.3弹性垫层526.8.4.4 灌浆系统设计526.8.4.5 防锈设计526.9防止地下埋管产生外压失稳的措施536.10不良地质洞段处理536.10.1 不良地
10、质段处理的原则536.10.2不良地质段的加固处理54结论54毕业设计小结55致谢55参考文献5656前 言黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站。本论文主要阐述了黄土湾水电站的水能计算和引水系统的设计。设计思路过程如下首先根据疏勒河黄土湾的来水来流情况，对其水能进行规划，确定水能开发的合理方式；其次根据坝址地形、地质、建筑材料、施工条件等确定坝轴线，定坝型，发电隧洞位置及布置，并加以定性分析和论述，确定枢纽工程的等别及建筑物级别；然后确定隧洞的洞径，选定进水口的形式，设计其尺寸，并进行调压井设计。细部构造设计，包括洞
11、身的衬砌，分逢等。最后绘制设计图：枢纽及引水隧洞平面布置图、进水口平面及坝剖面图，隧洞剖面图，及相关细部构造。由于本次所选的毕业设计课题类型属于工程设计类，必须首先对设计对象进行调查研究；其次查阅、收集、分析、整理相关资料；再次进行数据处理、综合分析、总结归纳和研究；最后制定设计方案和进行基本设计、计算、校核、绘图。具体应用的手段是：认真复习学过的有关的水工建筑物设计基础理论，温习熟悉的专业知识，对毕业设计涉及知识点有深刻理解，从而能灵活运用；熟悉黄土湾的相关资料，学习已建成水电站引水隧洞的设计步骤和方法；尽可能通过各种途径搜集相关资料，参考国内外同类实例和相关理论做针对性设计研究，把先进的设
12、计理念运用到毕业设计中去。在指导老师的引导下，初步理解研究方法，通过图书馆借阅书籍以及互联网获取相关资料，帮助自己进一步了解研究对象。最后对专业知识进行复习，结合实际工程展开设计。而对于自身来说毕设的意义是深远的。首先，毕业设计是检验我在校学习成果的重要措施。大学生在毕业前都必须完成毕业设计和毕业论文的撰写任务。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文也是我才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。毕业设计虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但它总是在一
13、定程度上表明一个人的能力与才华，向社会展示自身的价值。 其次，既然是设计，设计过程中必然包含着创新。作为一名即将毕业走向社会的大学生，我们不但是知识传承的载体，还是崇尚和实现创新的活跃群体，设计的过程是一个运用知识发现知识的过程，在这个过程中我们不仅可以更好的体会和运用所学的专业知识，而且还可以充分发挥我们的思维，把自己的想法运用到的工程实际中去，最后根据专业知识去验证它的可行性，这样不仅能够熟悉应用我们所学的专业知识，也能扩展发展我们的思维，培养我们的创新意识，有意于我们毕业后更好的投入到工作中。1 综合说明1.1 工程概况疏勒河是甘肃河西地区仅次于黑河的第二大河，干流全长670km，流域面
14、积4.13万km2，其中昌马峡以上干流长346km，流域面积1.33万km2。疏勒河发源于青海省境内，源头两岸多为海拔4000m以上的高山，河流自东南流向西北，南面的疏勒河南山与北面的托勒南山对峙，海拔4500 m以上的山地终年积雪，冰川广布，陡峭壮观。干流经昌马峡出山口后，进入河西走廊平原地段，河水漫流于冲洪积扇上，无固定河床。出山口以上称为昌马河，昌马峡出山口以下称之为疏勒河，流至玉门镇附近河道折转西去，经双塔水库调节后，流经双塔灌区，最后消失于安西戈壁盆地，是一条典型的内陆河。疏勒河流域（含支流）水力资源理论蕴藏量527.8MW，其中技术可开发的水力资源约238.53MW，年发电量约11
15、.59亿kWh，尚有60%的技术可开发量尚未开发，开发前景广阔。根据甘肃省水利水电勘测设计研究院2006年10月编制的甘肃省疏勒河干流昌马水库以上河段水能规划报告，该规划推荐梯级开发方案为7级，分别为柳沟峡、青羊沟、黄土湾、鱼儿红、月亮湾一级、月亮湾二级、昌马水库电站。黄土湾水电站是疏勒河梯级开发中的第三座水电站，位于酒泉市肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内，为一座中坝引水式无调节水电站，电站装机22.5MW。电站厂址距玉门市昌马乡政府约22km，距玉门镇约91km，枢纽距上游青羊沟水电站厂房约4km。酒泉市地域广阔，人口相对稀少，居住分散，全市一区、两市、四县划分为五个供电区，分别为肃州供电区、金
16、塔供电区、玉门供电区、安西供电区、肃阿敦供电区。区内各市县全部通电。随着地区经济及矿产业等的快速发展，对电力电量的需求不断增加，预计2015年全市需电量将达到60.7亿kWh。因此，充分利用地区潜在的资源（可利用发电的水能资源装机容量220MW），发展水电，加快电力开发及电力基础设施的建设，以促进地区经济发展，满足人民日益增长的物质文化生活的需要是十分必要的。2006年7月甘肃省水电勘察设计院院与甘肃矿区电力多种经营公司签定设计合同开始对黄土湾水电站工程进行预可研阶段的勘测工作,同年12月完成了预可行性研究报告。2007年1月甘肃省咨询中心组织专家在嘉峪关市召开了黄土湾水电站预可行性研究报告评
17、估会。评估认为工程布置方案基本合理，推荐的上坝线引水枢纽坝顶总长度约157m，主要建筑物从左到右依次布置有：左岸碾压砼重力坝段、中间碾压砼重力坝段、泄洪排沙底孔段和右岸碾压砼重力坝段；引水枢纽初期导流采用原河床过流，施工右岸排沙底孔坝段，二期导流封堵河床，修建围堰挡水、利用初期修建的排沙底孔坝段的排砂底孔泄流的导流方式，评估认为导流方式基本合理，但应考虑泄流、排沙 要求，进一步优化枢纽的导流方式，以加快施工进度和节约工程投资。同年4月酒泉市发改委以酒发改能源【2007】141号文，对黄土湾水电站项目进行了批复。根据批复精神以及预可研阶段专家评审意见甘肃省水电勘察设计院院于2007年5月开始黄土
18、湾水电站可研阶段勘察设计工作，同年8月完成了甘肃省肃北县疏勒河黄土湾水电站工程可行性研究报告（送审稿）及附图集。受业主委托，甘肃省咨询中心组织专家于2007年8月19日21日在嘉峪关市对送审稿报告进行了审查，各专业专家通过现场考察和对送审稿报告认真审阅，认为该报告基本满足初设阶段现行有关规程规范要求，可研报告拟定的工程任务合适，采用引水式开发方案可行，装机规模基本适宜，推荐的上坝址以及主要建筑物设计、水轮机选型基本合理。同时也对工程设计提出许多宝贵意见和建议，根据专家咨询意见，甘肃省水电勘察设计院院对送审稿报告进行了认真修改和完善，于同年9月完成甘肃省肃北县疏勒河黄土湾水电站工程可行性研究（初
19、步设计）报告（报批稿）及附图集。1.2 设计依据1、黄土湾水利枢纽毕业设计任务书；2、水利水电工程动能设计规范(dl t 5015-1996)； 3、水力计算手册4、水工设计手册第6册过坝与泄水建筑物；5、水工钢筋混凝土设计手册1999年；6、水利水电工程初步设计报告编制规程（DL5021-93）2 水文2.1 流域概况黄土湾水电站拟建于疏勒河干流肃北蒙古族自治县鱼儿红乡境内。肃北蒙古族自治县辖地有两部分，分别位于酒泉市的南部和北南部，其东邻张掖市，北靠玉门市和安西、敦煌二县，西与西南接阿克塞哈萨克族自治县，东南界青海省；北部为马鬃山地区，其西邻新疆维吾尔自治区，西南与南接安西县和玉门市，东靠
20、额济纳旗，北靠蒙古人民共和国。疏勒河上、中游也叫昌马大河，发源于祁连山西段的陶勒南山与疏勒南山之间，东邻讨赖河和石油河，西有野马河及党河。河源两岸为高山峻岭，耸峙两侧，形成东南西北向的狭长山谷，山脊高程多在海拔4000m以上，最高峰为疏勒南山的宰吾结勒（团结峰），海拔达5808m，为我省境内最高峰。在4500m以上的山地终年积雪，河源两侧分布有现代冰川。成为河川径流补给来源的一部分。山区岩石裸露，风化严重，两岸植被较差，仅在一些河谷川地和盆地内有面积不大的草滩和灌木丛。在中、下游的广大地带为砾石沙滩，在有村庄和灌溉渠道的近旁才有零星的榆、杨、槐、沙枣等树木。流域内水系呈条带羽毛状分布，中段河流
21、穿过昌马峡谷，出峡谷后进入祁连山前的玉门盆地。河道在戈壁滩上经过，变得开阔，渠系纵横交织，至盆地北缘，泉水、地表水遂又汇集起来，在玉门镇附近河道转向西行，经双塔水库调节后，流经双塔灌区，最后消失于安西盆地。2.2 气象肃北蒙古族自治县南部属高寒半干旱气候，高寒、四季变化大是气候主要特征。年平均气温为-2.5，一月份气温最低，为-36.7，七月份气温最高，为26.3。干旱少雨，冬干冷，夏炎热，蒸发量大，多大风。黄土湾水电站的位置深处大陆腹地，距离海洋较远，水汽输送不利，属大陆性气候特征。具有干旱少雨，蒸发强烈，冬季较长，气温低，气象要素变差大等特点.黄土湾水电站在肃北县城以东约180km、嘉峪关
22、市以西约120km、玉门市以南约65km处，距离以上三个气象站都较远。坝址处没有气象观测资料。黄土湾水电站坝址下游29km处设有昌马堡水文站。昌马堡水文站有1952年以来的气象观测资料，本次气象资料收集到1983年。由于黄土湾水电站坝址距昌马堡水文站距离相对较近，且属同一条河流的上下游，供设计使用。从昌马堡水文站气象资料统计表明，多年平均气温4.5，最高气温38.5，最低气温-35.0。多年平均降水量仅有94.2mm，年蒸发量则达2800.2mm，平均日照时数为3267.6h，由于流域的地理位置和地形的影响，盛吹西北风或西风，最大风速可达20.0m/s，最大冻土深超过150.0cm。2.3 洪
23、水2.3.1洪水特性疏勒河大洪水均由大面积暴雨形成，汛期为69月，主汛期78月，一次洪水过程平均为10天左右。形成流域大暴雨的主要天气系统是高空的西风槽和高原低涡切变线配以低迷地面的冷锋系统。水气由东南方输入形成锋面天气过程，相应产生的洪水过程具有峰高量大历时长的特点。2.3.2历史洪水及重现期的确定原西北院曾于1963年、1964年先后两次在昌马堡水文站上下游河段进行了历史洪水调查，1969年昌马水库扩大初设时，又在昌马峡河段进行了历史洪水调查，以上调查成果已于1983年由甘肃省水利厅组织人力统一整编了省内各河系的历史洪水调查资料，由水电部雨洪办专家组核定，并刊印了“甘肃省洪水调查资料”，调
24、查内容详见该资料的第一册内陆河流域。2.3.3水文资料根据已整编刊印的甘肃省洪水调查资料以及以往工作中调查资料，昌马堡水文站调查有18691871年、1920年、1929年洪水，洪峰流量分别为1710m3/s、1110 m3/s、1340 m3/s。18691871年间（同治810年）的洪水是疏勒河上的首项历史洪水，该场洪水的重现期按以下思路进行比较而确定。洪水发生年份18691871（同治810年）年至今有135年，而历史洪水考证可延长到1800年，其理由是：昌马大桥建于1800年（清嘉庆五年），该桥位于昌马堡站基本水尺断面下游270m处，为一座木制卧桥，遇到该次洪水没有冲垮，该桥于1932
25、年地震中被毁。因此重现期可考虑自1800年到2004年，N=205年。综合考虑，重现期按170年处理。花儿地水文站河段没有历史洪水调查资料。只有11年实测洪水资料。疏勒河流域的中、上游有花儿地水文站和昌马堡水文站。青羊沟水电站设计洪水计算的依据站为疏勒河花儿地水文站和疏勒河昌马堡水文站。花儿地水文站仅有1957年1967年11年实测资料系列，资料系列较短。昌马堡水文站具有19522004年53年实测系列资料。用昌马堡水文站花儿地水文站同步年最大洪峰流量系列建立相关，相关系数r=0.938，将花儿地水文站洪峰流量系列延长为19522004年共53年系列。历史洪水用同样方法插补，重现期和昌马堡水文
26、站同样处理。利用延长后花儿地站洪峰流量系列及昌马堡站的洪峰流量系列分别加入历史洪水进行频率计算得：花儿地站均值Qm=301m3/s，Cv=0.84,Cs/Cv=4.0;昌马堡站均值Qm=310m3/s，Cv=0.92,Cs/Cv=4.0;黄土湾水电站枢纽设计洪峰流量均值由花儿地站和昌马堡站双对数内插得Qm=309m3/s，Cv=0.91、Cs=4.0Cv。黄土湾水电站设计洪峰流量成果见表29。黄土湾水电站设计洪峰流量成果表表29F（km2）均值（m3/s）CvCs/Cv不同频率设计值（m3/s）0.1%0.2%0.33%0.5%1%2%3.33%5%10%20%106153090.914.02
27、5202210199018101510122010208606103922.3.4施工洪水疏勒河黄土湾水电站设计施工洪水计算是根据疏勒河流域的水文特性和年内变化情况及施工专业要求，施工分期划分如下：1月6月、7、8月、 9月12月共11个时期。考虑到洪水过程的连续性，取样时以昌马堡水文站各月最大流量跨期五天选样，分别进行频率计算，求得各月统计参数。用面积比换算到黄土湾水电站设计断面。使用时不再跨期。1月6月、9月12月分月提供施工设计洪水。7、8月的洪水为年最大洪水。2.7泥沙黄土湾水电站枢纽处没有实测泥沙资料，只有通过花儿地站与昌马堡站悬沙成果推求。根据昌马堡水文站1956年2004年实测悬
28、移质输沙量进行统计,年输沙量为317万t，侵蚀模数289.2t/km2。昌马堡水文站多年平均含沙量为3.23kg/m3，实测最大断面含沙量166 kg/m3，发生在1998年8月14日。实测最小断面含沙量0 kg/m3，发生年份达18年。花儿地水文站有1958、1958、1961、1962年1967年共8年实测悬移质输沙量,利用疏勒河昌马堡水文站同步资料相关将疏勒河花儿地水文站资料延长到2004年，得年输沙量222万t。侵蚀模数446.4t/km2。花儿地实测最大断面平均含沙量25.3kg/m3，发生在1964年7月18日，最小断面平均含沙量为0。黄土湾水电站的年输沙量是根据疏勒河昌马堡水文站
29、侵蚀模数和疏勒河花儿地水文站侵蚀模数直线内插求得。黄土湾水电站多年平均悬移质输沙量为312万t，推移质用推悬比0.2计算，推移质为62.4万t，按59月占年输沙量的比例分配到59月。黄土湾水电站坝址处多年平均输沙量为374万t。3工程地质和建筑材料3.1 工程地质3.1.1 区域地质构造工程区地处昌马盆地之中，区内海拔高程20082300m，地势南高北低，疏勒河发育于盆地的中部，两侧为高阶地构成的戈壁平原，盆地疏勒河发育六级阶地，以侵蚀堆积阶地为主，基座由Q2冲洪积砂砾卵石构成。昌马盆地为山间拗陷盆地，形成于中生代的白垩纪，受北西西向鹰嘴山断裂、二道沟断裂及东西向巴尔峡照壁山断裂控制，呈不规则
30、的三角状，其内沉积白垩系、第四系地层。自中更新世以来，盆地多次间歇性抬升，表现为疏勒河强烈下切，发育多级疏勒河阶地。昌马盆地区地下水为第四系孔隙性潜水，水质良好，对普通水泥无侵蚀性。3.1.2 水库区工程地质条件电站水库为盆地河槽型水库，库盆由第四系中强透水岩层构成，库盆无明显隔水岩体存在。水库蓄水后，库区存在渗漏问题，库区每昼夜渗流量约14.2万m3，建议在水能计算时，适当考虑渗漏损失；电站库岸坡多由 al-plQ2冲洪积半胶结砂砾卵石构成，蓄水后，存在一定规模的塌岸问题；库区无村镇、农田、林地及矿点，因此，蓄水后，库区无淹、浸没问题；库区无泥石流沟道发育，因此，库区固体径流主要为疏勒河上游
31、的推移质和悬移质淤积及塌岸物质，建议设计中应考库区淤积问题，总之，库区无影响工程建设的突出工程地质问题。3.2天然建筑材料3.2.1混凝土砂砾料料场均为疏勒河级阶地，产地地形平坦，目前为荒漠草滩。本次选用阶地表层的al-plQ3冲洪积砂砾卵石作为砂砾料料源。经探坑揭示，1料场产地表层有0.51.2m的砂壤土，属剥离层，其下为al-plQ3冲洪积砂砾卵石，厚45 m；2料场料源出露，厚34m 。两处料场中粗骨料总储量183.7万m3，细骨料63.9万m3。1料场砂砾石总储量114.5万m3，净砾石储量93.8万m3，净砂储量40.2万m3；2料场砂砾石总储量102万m3，净砾石储量89.9万m3
32、，净砂储量23.7万m3。通过对料场砂砾石的勘探、取样试验，成果与水利水电工程天然建筑材料规程中混凝土用砂、砾骨料质量要求对比，除细骨料含泥量超标外，其余各项均满足技术要求，建议；细骨料需做冲洗后，方可使用。3.2.2土料土料场位于坝址区右岸，地貌为级阶地，料源为级阶地表层洪积砂壤土，土层厚度1.0m左右。产地地形平缓，目前为荒漠草滩，本次料场圈定面积37.7万m2，储量39.6万m3。经料场土样试验，料源为低液限粉土，可作为围堰防渗土料可满足质量要求。3.2.3块石料块石料产地为奥陶系基岩裸露的山梁，岩性为厚层状结晶灰岩，表层35m具中等风化，灰岩作为块石料可满足质量要求。经计算，料场储量约
33、36.9万m3。3.3地震烈度根据中国地震烈度区划图，本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。4 工程布置4.1 设计依据4.1.1 工程等级及建筑物级别本电站为中坝（无调节）引水式电站，工程由枢纽、引水系统和厂区三大部分组成。水电站总装机为22.5M。黄土湾水电站装机容量21MW，根据水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL51802003）的规定，工程等别为等，工程规模为小（1）型，枢纽大坝、引水系统和厂房等主要建筑物按4级设计，次要及临时性建筑物按5级设计。枢纽洪水标准：设计洪水重现期三十年一遇，相应洪峰流量为1020m3/s；校核洪水重现期二百年一遇，相应洪峰流量为1810m3/s。厂
34、房洪水标准：设计洪水重现期三十年一遇，相应洪峰流量为1020m3/s；校核洪水重现期一百年一遇，相应洪峰流量为1510m3/s。消能防冲建筑物洪水重现期二十年一遇，相应洪峰流量为860m3/s。地震设防烈度为度。4.1.2 设计基本资料一、水位校核洪水位m2190.62设计洪水位m2189.00正常蓄水位m2189.00水库总库容万m3603二、地震设防烈度本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。三、公路桥公路桥载重按汽-20设计，挂-100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道21.0m，总宽9.0m，采用T型结构。梁高1.0m，梁腹宽0.2m，梁翼宽1.60m，用5根组梁组成，两侧人行道
35、为悬臂式，每米延长重量按8T/m计。4.2 工程总体布置本电站为中坝（无调节）引水式电站，工程由枢纽、引水系统和厂区三大部分组成。水电站总装机为22.5MW。经坝址、坝型、厂址、引水线路等综合方案比选后，推荐方案工程总体布置为：枢纽坝顶长度： 130.25m；枢纽自左至右依次布置：左岸砼重力坝段、双孔泄冲闸段、单孔冲砂闸段和右岸砼重力坝段。坝顶宽度611.5m，最大坝高50m。引水系统的进水口长30m，其后的引水隧洞总长度为1366m，隧洞直径4.5m，引水隧洞末端设置调压井，直径13m，高度41m，其后接直径4.0m、长177m的主压力管道，主压力管道设垂直弯道，采用内衬钢管外包钢筋砼衬砌。
36、厂区建筑物沿右岸河漫滩顺河道水流方向依次布置开关站及副厂房、主厂房和尾水反坡段，管理房布置在台地上。4.2.1 泄水建筑物本设计推荐方案的泄水建筑物，置于河床中部偏右，桩号自坝横0176.930+210.43止，总长33.5m，由单孔4.06.8m(宽高)冲沙闸和双孔7.07.0m(宽高)泄冲闸段组成。从左至右依次为： 双孔7.07.0m(宽高)泄冲闸，单孔4.06.8m(宽高)泄冲闸，为便于冲砂和泄流，设有上、下游分流导墙。泄冲闸基础为Q1y砾岩或回填C15埋石砼。本工程泄冲闸底板高程为2168.00m，坝轴线下游50m处河槽宽约25m, 河槽底高程为2148.42m，与闸底板高差19.58
37、m，受地形条件限制采用底流消能方式工程投资和施工难度均较大，而下游河槽玉门砾岩裸露，抗冲刷能力较强，故本阶段设计泄冲闸采用挑流消能方式消能。4.2.2 挡水建筑物枢纽副坝全长96.75m，其中左岸副坝45.14m，右岸砼重力副坝长51.61m。左岸砼副坝段桩号自坝横0+131.790+176.93止，沿坝轴线设垂直伸缩止水缝，分缝长度分别为15m、15.14m、15m，为现浇C15砼重力坝结构，坝顶宽6m，坝顶高程2192.50m，一般坝底高程2160.5m，坝高32m，坝体上游面高程2184.5m以下边坡为1：0.1，下游面高程2187.5m以下边坡为1：0.7，基础置于基岩弱风化层以下。坝
38、体建成后，坝体下游侧回填碎石土。右岸砼副坝桩号自坝横0+210.430+262.04止，沿坝轴线设垂直伸缩止水缝，分缝长度分别为20m、16.61m、15m，为现浇C15砼重力坝结构，坝顶高程2192.50m，一般坝底高程2160.5m，坝高32m，考虑布置泄冲闸闸门检修门库要求，将顶宽设计为11.5m，坝体上游面为直立坡，下游面高程2182.5m以下边坡为1：0.7，基础置于基岩弱风化层以下。坝体建成后，坝体上、下游侧需回填碎石土。4.2.3引水系统建筑物发电引水建筑物位于右岸，由进水口、引水隧洞，调压井和压力管道等组成。引水系统的进水口长30m，其后的引水隧洞总长度为1366m，隧洞直径4
39、.5m，引水隧洞末端设置调压井，直径1213m，高度30m，其后接直径4.0m、长177.0m的主压力管道，主压力管道设垂直弯道，采用内衬钢管外包钢筋砼衬砌。引水隧洞布置于疏勒河右岸、级阶地之中，桩号自引0+030.001+397.46止,长1366.0m，上部地形较为平坦，无沟道切割，围岩由半胶结密实的al-plQ2冲洪积砂砾卵石构成，围岩中无地下水活动。al-plQ2冲洪积砂砾卵石可以成洞，但受沉积粗细韵律影响，以及胶结程度不均质和层理面胶结较差的制约，隧洞开挖中易出现洞顶坍塌。故将隧洞断面设计为受力条件较好的圆形断面，同时一次支护采取喷砼挂网支护，地质条件较差洞段需加钢拱架支护。经动能经
40、济分析，确定引水发电洞为圆形有压洞，洞径D=4.5m，设计流速4m/s。4.2.4厂区建筑物(1) 主厂房主厂房包括主机段和安装间两部分，平面尺寸49.3m16.5m，其中主机段长36.4m，安装间段长12.9m，主厂房发电机层至吊车轨顶高度11.65m，电机层以下最大高度17.895m。根据选定的机电设备及布置要求，主厂房分为安装间段、1# 、2#机组和3#机组段，各段之间设宽30mm的沉降缝。1# 、2#机组中心线间距为10.0m，2# 、3#机组中心线间距为11.5m。主机段内布置2台9.25MW和1台4.0MW机组混流式水轮机组，厂内起吊设备为50/10t慢速桥式起重机，桥吊跨度14.
41、5m。主厂房分为安装间层、发电机层、水轮机层、蜗壳层和尾水层。安装间位于主机段左侧，长12.9m，宽度同主机段为16.50m，地面高程为2146.5m比发电机层地面高2.5m，是检修及安装机电设备的场地，进厂大门布置在上游侧，净宽5.5m，右下角设有下发电机层的踏步。发电机层地面高程2144.0m，上游侧为吊运通道，设主阀吊物孔，孔口尺寸为2.05.5m（大机）、2.05.0m（小机），下游侧为人行通道，调速器及油压装置布置在机组右侧，右下角和左下角设有下水轮机层的踏步。水轮机层高程2138.60m，上游侧设主阀吊物孔，尺寸同上。蜗壳层上游侧为主阀室，地面高程2133.25m，净宽为4.6m，
42、长度为34.4m，层高5.35m。尾水管底板高程分别为2130.105m（大机）和2132.233m（小机），1# 、2#机组上游侧布置渗漏集水井和检修集水井，净宽为4.5m，长度分别为8.0m 、12.5m，水池底板高程为2128.60m。 （2）副厂房副厂房布置于主厂房上游侧，宽为10.86m，长度为36.4m，主付厂房之间设有1.2m的人行通道，以方便管理和检修人员通行，地面高程为2146.5m与安装间同高，比发电机层高2.5m设踏步与发电机层联系。副厂房分上、中、下三层，上层楼面高程与安装间相同，为2146.5m，中层底板高程为2144.0m，下层底板高程为2138.6m。上层设中央控
43、制室、高压开关柜室、低压配电室、值班室和通信室；中层为电缆夹层；下层从左侧至右布置有油处理室、空压机室和励磁变室。主、副厂房之间设有伸缩缝，缝宽30mm。（3）尾水设计主机段下游侧为尾水平台，顺水流方向长7.05m，宽31.739m，平台高程为2146.50m。尾水闸门的孔口尺寸为5.52.6m（1、2机组）和3.61.7m（3机组），尾水出口以1: 4反坡段与河道相接。（4）开关站升压站布置在副厂房的上游侧，紧挨副厂房外墙布置。升压站长宽55.4 41m，站内升压设备采用中型布置方式，主变压器低压侧采用封闭母线进线，110kV电压侧采用架空出线。站内地坪高程2146.50m。（5）管理房管理
44、房位于开关站上游侧，总面积1100m2，地面高程2158.00m，由开关站地坪以1:1的边坡上去,管理区主要由办公及辅助生产用房（机修间、仓库等）组成。 （6）进厂公路进厂公路布置厂区上游，爬坡而上与现有道路顺接。公路设计宽6m，为砂砾石路面，路两侧开挖边坡1:1，最大爬坡坡度1/10。4.2.5坝基处理与防渗、排水设计闸坝基础以下5m范围内均需固结灌浆，孔距2.02.0m，梅花型布置。为便于闸坝基础帷幕灌浆和排水，在闸坝底前端2162.5m高程处设置一条纵向排水廊道，排水廊道为城门洞型宽2.5m、高3.5m，通过设置在右副坝段的吊物竖井对外联系，吊物竖井孔口尺寸为2.52.5m。坝顶在左、右
45、坝肩顺坝轴线各设长50m的灌浆洞，灌浆洞为城门洞型宽2.5m、高3.5m，支护型式为砼喷锚支护，厚0.2m。帷幕灌浆孔距2m，单排布置，灌浆深度按0.7倍坝高设计。5.水能计算5.1基本资料黄土湾水电站坝址下游有昌马堡水文站，集水面积10961km2，于1944年4月建站，资料观测至今，实测资料系列较长。但由于1952年以前水位、流量观测资料残缺不齐，早在19631964年原水电部西北院做昌马水库初设时，经水文泥沙专业组整编、审查，由于有些情况不易弄清楚，资料矛盾较多，所以对19441951年的资料舍弃不用。1952年资料也有缺测、漏测，但考虑到该年水量较丰，1963年原西北院整编时，会同甘肃
46、省水文总站同意，经水电部同意修改了1952年7月10月流量整编成果，年最大洪峰流量由595m3/s改为758m3/s。其修改理由是1952年7月24日至10月15日昌马堡水文站基本断面处有分流现象，当时只测得主流一岔，另一岔漏测，致使流量偏小，为此对1952年710月的月平均流量也做了相应修正。5.2年径流量及分配利用延长后的花儿地水文站径流系列及昌马堡水文站年径流系列19522004年共53年径流系列进行频率分析计算，分别求得其统计参数如下：花儿地水文站： Q0=24.4m3/s Cv=0.24 Cs/Cv=2.0昌马堡水文站： Q0=28.4m3/s Cv=0.24 Cs/Cv=2.0昌马堡水文站以上流域气候与下垫面条件基本一致，径流的补给来源相同。黄土湾水电站枢纽至昌马堡水文站区间面积占昌马堡水文站集水面积的3.16%。由昌马堡水文站年径流统计参数和花儿地水文站的统计参数按面积直线内插推求黄土湾水电站枢纽年径流统计参数。疏勒河黄土湾水电站设计年径流成果见表22。黄土湾水电站设计年径流成果表表22站 名F（km2）均值（m3/s）CvCs/Cv不同保证率设计值 （m3/s）15%25%50%75%85%黄土湾水电站1061528.10.24
